路燈智能控制系統的研制與開發

楊傳彤

(中國航空工業空氣動力研究院)

1 市場現狀

目前市場主要有以下幾種光源控制器，即光控、鐘控(包括機械鐘和石英鐘)、電子時鐘控制等幾種。

(1)光控。采用光敏器件，根據外界環境的光線變化轉換成電信號，然后通過比較電路比較得出開、關信號去控制用電設備。這種控制方式在理想狀態下，是十分準確可靠，但在實際中，很容易受外界各種雜散光線的影響，而且必須定期擦洗感光器件表面的灰塵，因此，在實際應用中有一定的局限性。

(2)鐘控。一般采用石英鐘或機械鐘作為時鐘基準，使用機械開關對用電設備進行控制，這種控制方式要求必須定期更換電池或上發條，一旦忘卻，很容易失去控制，另外還有一個缺點是抗震動的能力比較差，很容易受外界的干擾。

(3)電子鐘控。電子鐘控類似上述石英或機械鐘控制，只不過時鐘有電子電路來完成，該種控制方式要求使用者要定期對開關時間進行調整，它的開關時間完全由人工來設定。在停電時沒有保護功能，來電后必須進行重新設定。

以上控制方式都有其局限性，而路燈智能控制系統則彌補了上述不足，此種控制系統具有時鐘準確可靠，開關時間可自動設定，不需要人工進行調整的優點，由于采用微電腦芯片，可根據內部日期自動查詢當日的開、關時間，而且隨著季節變化，能夠自動改變每日開、關時間，這樣就不需要人工去調整。該控制系統還具有掉電保護功能，不受停電影響，來電后仍可正常運行，只要控制系統不出故障，就不用定期進行調整。若系統出現故障，故障檢測電路會記錄下來，以供檢修人員參考。

2 應用系統方案的選定

(1)設計思想。經度線和緯度線可以標定出每一地區的方位，而每一地區一年中日出與日落的時間可以通過天文測量得出。而《民用晨光始和民用昏影終》表則測出了東經0°，北緯0°～51°范圍內，一年中每隔十天的日出和日落時間。若想獲得某一地區的日出和日落時間，首先要獲得這一地區的經緯度數值，然后根據緯度值查出在表中的位置，再根據經度值通過公式計算得到其時間，并根據其開關時間進行控制。

(2)方案選定。充分考慮以上設計思想和設計原則的前提下，采用了體積小、重量輕的單片機為主機，以AT89C51單片機為中心設計其核心電路、控制繼電器動作的接口電路、鍵盤接口、顯示器接口、以及看門狗電路、掉電保護等電路，組成了單片機開發的路燈智能控制系統的硬件部分。

在軟件方面，程序用AT89C51匯編語言編制，程序固化在4 KB的EPROM當中。

3 應用系統組成

根據以上思路，本系統設計示意圖如圖1所示，對于以單片機為核心處理器的系統來說，還需要增加一些附屬電路來保證其系統的可靠性和提高系統的抗干擾能力，系統還需要具有輸入范圍寬、輸出穩定度高、電流大等特點的高穩定度電源。

圖1 系統原理設計示意圖

(1)程序存儲器和數據存儲器電路的研制過程。采用AT89C51芯片內部自帶的4 KBEPROM來存儲程序，除此之外還將DS12887的RAM空間地址存儲年、月、日、時、分、秒信息，用X25045的RAM空間地址存儲經緯度數據和故障檢測數據。

(2)鍵盤、顯示器電路的研制。鍵盤是系統作為輸入部分的重要組成部分。根據系統的功能要求，既要滿足系統的基本功能，又要使操作人員使用方便、易于操作。因此系統采用雙按鍵式。

(3)電源及繼電器控制電路的研制。電源供應采用12 V、3 W的電源。并用穩壓芯片7809和7805轉換成9 V(為繼電器提供電源)、5 V(為集成電路芯片提供電源)。

采用多組繼電器控制，通過軟件編程可實現系統電路的復雜控制。例如控制戶外多組廣告射燈的顏色變換，增加系統的使用范圍。

(4)檢測電路的研制。檢測電路是用來檢測系統內部故障，采用四與門芯片74LS08和X25045來實現此功能。CPU通過74LS08檢測電路故障，并通過報警器向操作人員報警，X25045存儲故障數據以備檢修人員參考。

(5)DS12887實時時鐘芯片的內部包含有一個鋰電池、石英晶振和寫保護電路，可以為系統提供精確的非易失時鐘、百年歷、可編程中斷、非易失靜態RAM，在斷電情況下仍能保持時間及內存，為程序的正確運行和控制提供了保障。

如圖2所示，MOT管腳接地是選擇了INTEL時序;DS管腳在INTEL時序下被稱作讀(/RD)，它與CPU中的讀信號相連，從DS12887中讀取數據;AS管腳與CPU中的ALE/P相連，AS的下降沿使得地址鎖入DS12887;/IRQ管腳是DS12887的中斷輸入，與CPU的/INT0相連，為系統提供500 ms一次的周期中斷，/IRQ總線是漏極開路輸出，要求外接上拉電阻。

圖2 CPU與DS12887接口設計

(6)系統復位電路的設計。X25045芯片有三種常用的功能:看門狗定時器，電壓監控和E2PROM組合在單個封裝之內。這種組合降低了系統成本并減少了對電路板空間的要求。

看門狗定時器對微控制器提供了獨立的保護系統。當系統故障時、在可選的超時周期(TIME-OUT INTERVAL)之后，X25045看門狗將以RESET信號作出響應。用戶可從三個預置的值中選擇此周期。一旦選定，即使在電源周期變化之后，此周期也不改變。

利用X25045低VCC檢測電路，可以保護系統使之免受低電壓狀況的影響。當VCC降到最小VCC轉換以下時，系統復位。復位一直確保到VCC返回且穩定為止。

如圖3所示，串行輸出(SO)是串行數據輸出引腳，在讀周期內，數據在此引腳上移出，數據由串行時鐘的下降沿同步輸出;串行輸入(SI)是串行數據輸入引腳，所有操作碼、字節地址以及寫入存儲器的數據在此引腳上輸入，數據由串行時鐘的上升沿鎖存;串行時鐘(SCK)控制用于數據輸入和輸出的串行總線定時;寫保護(/WP)接高電平，所有的功能包括非易失性寫操作保持正常;復位(RESET)是高電平有效，漏極開路的輸出端，只要VCC下降到低于VCC檢測電平，它將變為高電平。直至VCC上升到最小VCC檢測電平200 ms為止。如果看門狗定時器工作且/CS保持高電平或低電平的時間長于看門狗超時周期，則RESET變為高電平。

4 軟件功能設計

(1)本系統可隨季節變化自動改變每日開啟和關斷時間，全年無需人工調整照明時間，實現全自動控制;

(2)本系統可隨季節變化自動改變每日開啟時間，但關斷時間人工設定延時數小時后或定點自動關閉;

(3)本系統可人工設定開啟和關斷兩個時間點，自動在定時時間內對設備進行控制;

(4)本系統可實現多段分時控制，多組繼電器控制。例如:控制戶外多組廣告射燈的顏色變換。

5 結束語

本文所寫的單片機開發的路燈智能控制系統已經應用到鐵路、廠礦(如黑龍江省軍區)、大專院校(如哈爾濱工程大學)的路燈控制中，經過實踐表明，該產品技術先進、質量可靠、使用方便、節約能源。

圖3 CPU與X25045接口設計

圖4 主程序設計流程圖

［1］ 張友德，趙志英，涂時亮.單片微型機原理、應用與實驗［M］.復旦大學出版社，1993.

［2］ 張積東，孫積第，夏華龍.單片機51/98開發與應用［M］.電子工業出版社，1994.

［3］ 閻石主.數字電子技術基礎［M］.高等教育出版社，1993.

［4］ 蔣大宗，余秉鈞，金德慶.數字邏輯［M］.電子工業出版社，1994.

［5］ 胡漢才.單片機原理及其接口技術［M］.清華大學出版社，1993.

［6］ 袁樂安.智能儀表的開發［J］.礦業研究與開發，2000，20(2).